[发明专利]大口径钢管管端外径和椭圆度在线测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及钢管外径和椭圆度测量领域，尤其涉及一种钢管管端外径和椭圆度在线测量方法及装置。

背景技术

大口径直缝焊管端部的尺寸和形状误差，是检验其质量的重要指标之一，关系到钢管是否能顺利完成配管焊接，对管道施工进度和质量，具有重要意义。而随着管道现场焊接施工技术的不断进步，半自动、全自动焊接技术的不断应用，对钢管管端的外径和圆度都提出了越来越严格的要求。如西气东输管道工程钢管技术规范中，要求距管端100mm范围内的管端外径公差在-0.5mm到2.0mm的范围内，椭圆度（即最大外径与最小外径之差与名义外径的比值）不大于0.6%。海底管道用钢管对钢管外径的要求则更为严格。

在钢管生产过程中，由于原料和制造工艺等各种原因，管端外径和椭圆度超标现象不可避免，严重的甚至批量超标，给企业带来了巨大的损失。因此，开发一种切实有效的钢管管端外径和椭圆度检测手段，为后续精整和修正工艺提供依据，对于加强产品质量管理、提高产品收得率，显得尤为必要。

由于生产现场环境恶劣，受震动、灰尘、潮湿、有害气体及电磁干扰等诸多因素的影响，尺寸和形状误差的在线测量技术发展的相当缓慢。目前大多数工厂普遍缺乏相应的在线测量技术设备，大多采用周长尺测量钢管外径，用卡尺测量钢管的椭圆度（主要测量焊缝及其垂直90°方向外径，以其差的一半作为椭圆度误差），判断该钢管外径和椭圆度是否超标，并手工将数据录入管理系统。这种基于人工与量具的测量工艺方法，操作方便，设备简单，但存在人为因素误差，测量精度和效率低，不能实现现场在线100%检测等缺点。而圆度仪和三坐标测量仪等测量精度较高的仪器，价格昂贵，对操作环境和条件的要求极为严格，通常只限于计量室中用于对中小型精密零件的测量，不能用于生产现场。

近年来，随着光电检测技术的发展，一些厂家和研究人员提出了基于激光扫描传感器或CCD摄像头的大直径在线测量系统，如日本专利JP9229653A,JP2002283729A。测量原理如图1所示，在钢管测量点两侧的上下各设置一对激光扫描传感器。第一激光扫描传感器发射器20a和第二激光扫描传感器发射器21a发射激光束扫描被测物的上下部边缘，可以获知接收器上感应到的未被遮蔽的光束长度H1和H2，因此，当两对激光扫描传感器相对位置固定为H时，减去未被遮蔽的光束长度H1和H2，即可得到钢管径向直径。基于此原理，旋转辊带动待测钢管4转动，可以对钢管圆周面多个方向进行外径测量。

激光投影的方法测量精度和自动化程度都较高，缺点是装置复杂，占地较大，对应不同规格的钢管要重新调整并标定两组激光传感器之间的距离，操作要求高。而且，钢管旋转过程中可能存在的振动、摇摆、偏心等因素，都会造成实际测量误差，且不易克服。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种大口径钢管管端外径和椭圆度在线测量方法及装置，该方法测量时钢管相对静止，从而避免了辅助旋转机构带来的测量误差。

本发明是这样实现的：一种大口径钢管管端外径和椭圆度在线测量方法，包括以下步骤：

步骤一、接收待测钢管标称数据，确定待测钢管的标称轴线位置；

步骤二、轴心检测，选用一对轴心激光位移传感器，将该两个轴心激光位移传感器的探头对称背向设置，从标称轴线位置伸入待测钢管内，在待测钢管的径向截面上测量任意两条弦线的长度，然后做出该两条弦线的中垂线，两条中垂线的交点即为截面的轴心；

步骤三、选用一对外径激光位移传感器，将该两个外径激光位移传感器的探头对称相对设置，根据待测钢管的标称直径，将两个外径激光位移传感器移动到测量位置，并使两个外径激光位移传感器对准轴心，开始测量，得到待测钢管的直径D；

D=L-l     

L为两个外径激光位移传感器的探头之间的间距，

l为两个外径激光位移传感器的探头到待测钢管外表面轮廓的距离之和，

步骤四、将两个激光位移传感器的探头绕待测钢管旋转180度，得到待测钢管全圆周方向的外径，通过计算得到待测钢管的平均直径和椭圆度。